LEAP研究揭示遗传与持续花生摄入交互作用对花生特异性IgG4水平的调控机制

《Immunology》：Genetic Determinants of Peanut-Specific IgG4 Levels in the Context of Sustained Oral Peanut Exposure in the LEAP Study

本综述深入探讨了在持续口服花生暴露背景下（如LEAP研究）遗传因素对花生特异性IgG4（psIgG4）水平的决定性作用。研究通过全基因组关联分析（GWAS）识别出多个与psIgG4相关的遗传位点，并构建累积遗传评分，在独立队列（IMPACT、POISED）中验证其与免疫调节的关联。特别强调了基因-环境（GxE）交互作用，尤其是上皮屏障基因SEPT2和抗原呈递基因HLA-DQB1在促进保护性免疫应答中的关键角色。这些发现为花生过敏（PA）的预防策略提供了新的遗传学见解。

　　

引言

花生过敏（PA）是一种常见的食物过敏，其发病率在全球范围内呈上升趋势。Learning Early About Peanut Allergy（LEAP）研究是一项里程碑式的随机对照试验，该研究证实，在花生过敏高风险的婴幼儿（4-11月龄）早期引入花生至饮食中，可以显著降低其在60月龄时花生过敏的患病率，并调节对花生的免疫应答。LEAP研究将参与者随机分为持续口服花生摄入组和完全避免花生摄入组。结果显示，花生摄入组在60月龄时花生过敏的发生率显著低于避免组（0.3% vs. 17.3%, p < 0.001）。同时，研究人员在每次访视时测量了参与者血清中的花生特异性IgE、IgG和IgG4抗体水平。其中，IgG4作为一种潜在的免疫调节和耐受性生物标志物，通过FcγRII结合、竞争性过敏原结合以及在反复过敏原暴露下的独特升高，来减弱效应免疫应答。LEAP研究中花生摄入组的参与者表现出显著更高的花生特异性IgG4（psIgG4）水平，这反映了与成功的过敏原免疫疗法（AIT）中观察到的相似的免疫学变化。在花生避免组中，较高的psIgG4水平与不对花生产生过敏反应相关，除非psIgE水平非常高。这些发现提示psIgG4在高风险参与者中对花生过敏具有保护作用。

后续的LEAP-On和LEAP-Trio研究进一步支持了psIgG4的保护性角色。在两项花生口服免疫疗法（PnOIT）试验——IMPACT和POISED——的治疗组中，也发现了支持psIgG4耐受性作用的证据。这些临床试验为在受控过敏原暴露背景下，识别影响免疫应答的遗传决定因素，特别是基因-环境（GxE）交互作用，提供了独特的机会。先前针对HLA区域的研究发现，在LEAP研究中，psIgG4水平与两个HLA变异相关：HLA-DQA1 * 01:02等位基因和基因间SNP rs17612852。这些关联仅在持续口服花生蛋白暴露期间被观察到，凸显了强烈的GxE交互作用。

本研究在此基础之上，进一步利用全基因组测序（WGS）数据，在LEAP研究的花生摄入组参与者中进行了针对psIgG4水平的全基因组关联研究（GWAS），旨在更全面地揭示其遗传学基础。

材料与方法

本研究纳入了三项随机对照试验的参与者：LEAP、IMPACT和POISED。所有参与者均同意参与遗传学研究并遵守其分配的治疗方案。LEAP研究纳入了267名花生摄入者和275名花生避免者。IMPACT试验纳入了85名PnOIT组参与者和41名安慰剂组参与者。POISED试验纳入了93名PnOIT组参与者（包括peanut-0和peanut-300组）和25名安慰剂组参与者。本研究使用了在60月龄（LEAP）或治疗结束时（IMPACT第134周，POISED第104周）测量的psIgG4水平。

对所有样本进行了30倍深度的全基因组测序（WGS），并进行了严格的质量控制（QC）。使用主成分分析（PCA）和遗传关系矩阵（GRM）来校正群体结构和亲缘关系。在LEAP花生摄入组中，对psIgG4水平进行了GWAS分析，校正了年龄、性别和8个遗传主成分，并纳入了GRM以考虑遗传相关性。设定 suggestive 显著性阈值为p < 1 × 10^?5。对达到此阈值的位点进行了区域条件回归分析以识别独立信号。

通过FUMA和OASIS工具，采用表达数量性状位点（eQTL）作图、染色质相互作用作图和位置作图三种方法，将SNP映射到基因上，并为每个位点确定预测的效应基因（PEG）。基于eQTL和剪接QTL（sQTL）证据，在胃肠道组织和全血等靶组织中，利用CAVIAR、CAVEMAN、DAP-G和SuSiE等精细定位方法识别了可信的因果变异。

基于在LEAP花生摄入组GWAS中识别的独立前哨变异，构建了累积遗传评分。该评分计算为每个个体在所有17个位点的风险等位基因剂量与其在发现GWAS中的效应大小（β）的加权和。随后，在LEAP、IMPACT和POISED的各个组别中评估了该遗传评分与psIgG4水平的关联。

结果

研究人群特征

LEAP研究中，花生摄入组和避免组参与者在年龄、性别和种族上均相似。在60月龄时，摄入组的psIgG4水平以及针对花生过敏原成分Ara h 1, h 2, h 3的IgG4水平均显著高于避免组。IMPACT和POISED研究的PnOIT组参与者在治疗结束时，其psIgG4和花生组分特异性IgG4水平也显著高于各自的安慰剂组。

GWAS识别与psIgG4相关的位点

在LEAP花生摄入组267名参与者中，对10,830,622个变异进行了psIgG4的GWAS分析。虽然没有变异达到全基因组显著性水平（p < 5 × 10^?8），但识别出45个达到suggestive显著性水平（p < 1 × 10^?5）的变异，这些变异映射到17个独立的遗传位点。区域关联图显示每个位点内有多个变异存在关联信号。条件回归分析表明，每个位点内未发现额外的独立信号。对于USP24、SEPT2和SHISA6三个位点，分别识别出两对完全连锁不平衡（LD）（R²= 1, D' = 1）的前哨SNP。

通过综合评分系统，为15个位点确定了预测的效应基因（PEG）。值得注意的是，这些前哨变异的关联在花生避免组中均未观察到，提示存在基因-环境（GxE）交互作用。

SEPT2位点的精细定位

在四个基于eQTL和染色质相互作用证据确定PEG的位点中，只有SEPT2位点是通过在相关靶组织（胃肠道组织）中的eQTL证据识别的。该位点包含9个与psIgG4显著相关的SNP，它们之间存在强LD。精细定位分析在8个靶组织中识别出21个SEPT2的可信因果变异。其中，一个40 bp的插入缺失变异rs1429386442与两个前哨SNP（rs35533015和rs12475607）存在高LD（R²= 0.92, D' = 1），并显示出最强的调控特征，与多个SEPT2转录本、DNase I超敏位点、转录因子结合区域和活跃的转录起始位点相交。条件分析显示，在调整rs1429386442后，该位点的GWAS信号显著减弱，支持其作为最可能的因果变异。

方向性分析显示，rs35533015的G等位基因和rs1429386442的缺失等位基因均与较高的psIgG4水平相关，但同时与胃肠道组织（如食管黏膜）中较低的SEPT2基因表达相关。这种方向一致性提示，降低SEPT2表达可能通过增加肠道上皮通透性，使免疫细胞更多地接触花生过敏原，从而促进psIgG4的产生。

累积遗传评分解释的psIgG4变异比例

在LEAP花生摄入组（发现队列）中，基于17个前哨变异构建的累积遗传评分解释了60月龄时psIgG4水平62.4%的方差（R²）。置换检验表明此结果不太可能由随机因素导致。在LEAP避免组中，该遗传评分未能解释psIgG4的方差（R²= 0.004%）。在IMPACT研究的PnOIT组（治疗结束时），遗传评分解释了psIgG4水平4.0%的方差，而在安慰剂组中为1.9%。在POISED研究的PnOIT组和安慰剂组中，遗传评分解释的方差比例极低。

在线性回归模型中，校正相关协变量（如年龄、性别、遗传主成分）后，遗传评分在LEAP摄入组（β = 0.433; p = 1.20 × 10^?58）和IMPACT PnOIT组（β = 0.287; p = 0.02）中均与psIgG4水平显著相关，但在POISED PnOIT组中无显著关联（β = ?0.029; p = 0.79）。这进一步支持了遗传因素在年轻个体持续花生暴露背景下对psIgG4水平的影响。

累积遗传评分与花生组分特异性IgG4的关联

遗传评分与总psIgG4的关联最为显著。虽然与所有测试的花生组分特异性IgG4（Ara h 1, h 2, h 3, h 8, h 9）均存在显著关联，但没有哪一个组分能完全驱动该关联，表明遗传评分反映的是对花生过敏原的整体IgG4反应。

讨论

本研究在先前发现HLA区域GxE交互作用的基础上，进一步通过全基因组分析揭示了17个与psIgG4水平相关的遗传位点。这些位点的预测效应基因主要涉及三类功能：上皮屏障功能（如SEPT2）、已知与特应性疾病相关的基因（如NRXN1, COL23A1, EDN1等）以及抗原呈递和处理（如HLA-DQB1）。这些关联仅在花生摄入组中出现，凸显了口服花生暴露这一环境因素在与遗传因素交互作用中的重要性。

SEPT2作为上皮屏障功能的关键基因，其可信因果变异（如rs1429386442）的等位基因与较低的SEPT2表达和较高的psIgG4水平相关。我们推测，SEPT2表达降低可能导致肠道上皮通透性增加，使得花生过敏原更容易接触黏膜免疫系统，从而在易感个体中诱导出以IgG4升高为特征的调节性免疫应答，促进口服耐受的形成。这一过程可能涉及IL-10分泌的1型调节性T细胞（Tr1）的扩增。

同时，本研究中再次确认了HLA-DQB1与psIgG4的关联，其前哨变异rs17612852与先前研究一致。该变异与CD4+ T细胞中HLA-DQB1 RNA水平升高和psIgG4水平升高相关。结合SEPT2的发现，我们提出一个模型：肠道上皮通透性增加（由低SEPT2表达介导）与增强的抗原呈递（由高HLA-DQB1表达介导）相结合，共同促进了psIgG4水平的升高，从而有利于对花生过敏原的耐受。

累积遗传评分的构建和应用，量化了这17个遗传变异在持续花生暴露背景下对psIgG4水平的集体影响。该评分在LEAP摄入组和年轻儿童的IMPACT PnOIT组中显示出显著关联，但在年龄较大的POISED参与者或未暴露于花生的组别（LEAP避免组、IMPACT安慰剂组）中关联较弱或无关联，强调了遗传、年轻年龄和花生暴露三者之间的相互作用对于驱动保护性免疫应答至关重要。

IgG4通过竞争性结合过敏原、抑制IgE介导的抗原呈递以及其功能性单价特性阻止免疫复合物形成等机制，在过敏原免疫疗法诱导的耐受中发挥关键保护作用。本研究发现的psIgG4水平的遗传调控基础，为理解花生过敏预防和治疗的个体差异提供了新的视角。

研究局限与展望

本研究的局限性包括：IMPACT验证队列的参与者本身已患有花生过敏，理想情况下应在非过敏人群中进行早期摄入的验证；需要功能实验证实SEPT2在肠道上皮屏障中的作用；需要建立实验模型验证SEPT2和HLA-DQB1在协同促进抗原呈递和psIgG4产生中的机制。尽管如此，识别出SEPT2这一新位点以及构建的累积遗传评分，为未来开发预测花生过敏预防和治疗效果的策略奠定了基础，强调了在环境暴露背景下研究遗传因素对于全面理解免疫耐受机制的重要性。

作者贡献与致谢

（此处根据原文列出作者贡献和致谢信息，略去具体名单以节省篇幅）本研究得到了美国国立卫生研究院国家过敏和传染病研究所等多个机构的资助。感谢所有参与研究的患者、家属及研究人员。

利益冲突与数据可用性

除Gideon Lack报告持有DBV Technologies的股票和期权外，其他作者声明无利益冲突。所有数据在接收前均已完全去标识化。WGS数据可在dbGaP获取，表型数据集可通过免疫耐受网络管理的TrialShare公开网站获取。